電磁兼容設(shè)計(jì)在印制電路板中的應(yīng)用

1、本文由 jimmy3973 貢獻(xiàn)TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。pdf 文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇維普資訊 .cqvip. 電 子工 程 師8No 1202Api ainopictofEMCs gn PCBDei n i北方交通大學(xué) 電磁兼容實(shí)驗(yàn)室 （ 京 100 ) 北 0 0 0柴瑜沙斐電磁兼容設(shè)計(jì)在印制電路板中的應(yīng)用摘要】講 述 了印制電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)。從元 器件的布置到地線(xiàn)、電源線(xiàn) 以爰信號(hào)線(xiàn)的設(shè)計(jì)最后又介紹了 多層板設(shè)計(jì) 時(shí) 的一些問(wèn)題 。）關(guān)鍵詞：電磁兼窖電磁騷擾共模輻射，差模干擾【AbtatThsppritouehicrmantccmp tbiyeinoh

2、srciaenrdcsteee togeioaiitdsgfteipitdcrutbadrn eiciors，icuigtearnenfeensheinorudtaeni dnhragmetoimet，tedsgfgonrc、mantaeninitaeAtisidsusss mepoimsoircadsgaarcattic sseorbef muyrrnehiaepitdi：rutbadiciorsKewor：icrmaneio paaiiiy，eetoantc ydseetogtccm tbiticrmgeiditracsubne，cmmono e omdrditondifrntaonefr

3、ncaai feeiimdeitreee10言i電磁兼容性是電子設(shè)備或系統(tǒng)的主要性臺(tái)匕能之2 單、 雙層印制 電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)印制 板 上 的 電路 雖然 各 式各 樣 ， 就 布線(xiàn) 和設(shè) 但 計(jì) 而 言 總 是 有 些 共 同 的 原 則 應(yīng) 該 遵 循 。 在 印 制 板 布線(xiàn)時(shí)通常先確定元器件在板上的位置，后布置地然線(xiàn)、源線(xiàn)，安排高速信號(hào)線(xiàn)，后考慮低速信號(hào)電再最線(xiàn)在分別加以討論?，F(xiàn)電磁兼容設(shè) 計(jì)是宴現(xiàn)設(shè)備或 系統(tǒng) 規(guī)定的功 能 、使系統(tǒng)教能得以充分發(fā)揮的重要保證。必須在設(shè)備或系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的同時(shí)行電磁兼容設(shè)計(jì)。磁兼容進(jìn)電設(shè)計(jì)的要求是使電子設(shè)備或系統(tǒng)滿(mǎn)足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 的 規(guī)定、有兩方面的

4、能力：1能在預(yù)期的電磁環(huán)具 （）境 中正常工作， 性 能降低或故障； 2 不會(huì)對(duì)其他無(wú)（）系統(tǒng)或設(shè)備 的正 常工 作 產(chǎn) 生影 響 為其 電磁 環(huán)境 成 中 的 電磁 污 染 源 。電磁兼 容設(shè) 計(jì)可 分 為 系統(tǒng)和系統(tǒng) 間兩部 分 ，主要是對(duì)系統(tǒng)之間及系統(tǒng) 部 的電磁兼容性進(jìn)行分析、測(cè) 、 制 和評(píng)估現(xiàn)電磁兼容和最佳效費(fèi) 比 預(yù) 控 實(shí)系統(tǒng)間電磁騷 擾控 制技 術(shù)包括： 有用信號(hào) 的控 制、對(duì)對(duì)人為騷擾的控制、自然 騷 擾 源 的 控 制。統(tǒng)電對(duì)系磁兼容設(shè) 計(jì) 包 括 ： 制電路板的設(shè)計(jì)、源器件的選印卩有用、及電路 板 的 布 線(xiàn) 、地、蔽及 濾 波 。 文主要以接屏本討論印制電路板的電磁

5、兼 容 設(shè) 計(jì) 。 印 制電路板是構(gòu)成數(shù)字電子設(shè)備的 基 礎(chǔ) ， 證 印 制 電路板的 電 磁 兼保容性是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 ， 確 地 完 成 印制電路正 板 的 布 線(xiàn) 和設(shè)計(jì)應(yīng)該使得1板上的各部分電路相（）互間無(wú) 干 擾 ， 能正常工作；2印制板對(duì)外的傳 導(dǎo) 都 （） 發(fā)射 和輻射發(fā)射 盡 可能 降低到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；達(dá)） 部 傳 導(dǎo) 干 擾和輻射干擾對(duì)印制板上的電路基3外本無(wú)影響。 主要 講 述 兩 大問(wèn)題 ： 是 單 、 層 電路板;反一雙的電磁兼 容設(shè) 計(jì) 是 多層電路 板 的 電磁 兼 容設(shè) 計(jì) 。 二21元器件布置.（）器件布置的首要問(wèn)題是對(duì)元器件的分組。1元 元 器 件 可 以

6、按 照 所 用 的 電 源 電 壓 不 同 來(lái) 分 組 ， 按 可 照數(shù) 字 電路和模 擬 電路分 組 ， 也可 按照 高速 低速 、 大 電 流 小 電 流 等 來(lái) 分 組 。 這 里建議首 先以不 同 的 直 流電源 電壓來(lái)分組 。如 果 使 用同種 電壓的 元器件中仍有 數(shù) 字 和 模擬 元 件 之分，可 以 再 進(jìn) 行 分組。 電 源則 按 電壓 、 字 及模 擬 電路分 組后可 進(jìn)一 步按 速度快慢 、 數(shù) 電 流 大 小 進(jìn) 行 分組。分 組 的 目的 是 為 了按組 對(duì) 印 制板的 空 間進(jìn) 行 分割，同 組的 元器件放 在一 起 ， 便 將以 在 空 間上保證各組 元件 不至產(chǎn)

7、生組 間 的相互干擾 。 （ ） 有 連 接 器 最 好 都 放 在 印 制 電路 板 的 一 翻 ，2所 盡 量 避 免 從 兩 側(cè) 引 出 電 纜 。這 樣 的 做 法 是 為 了 減 少 產(chǎn)生共 模輻射 干 擾 的可 能性 因?yàn)樵诎?上有高 速數(shù) 字信 號(hào)時(shí) ， 如果 印制板 產(chǎn)生共 摸輻 射 ， 則電纜 是很好 的 共 模 輻 射 天 線(xiàn) ， 子 天 線(xiàn) 會(huì) 比 單 板 天 線(xiàn) 產(chǎn) 生 更 大 振 的共模 輻射 干擾 。 （ ） 高 速 數(shù) 字 集 成 芯 片 與 連 接 器 之 間 投 有 直 3當(dāng)接的信號(hào)交換時(shí)，高速數(shù)字集成芯片應(yīng)安捧在遠(yuǎn)離 連接器處。圖1a中，/驅(qū)動(dòng)器被安捧得離連

8、接 （）I。器過(guò)遠(yuǎn)，高速數(shù) 據(jù) 集 成 芯 片 被 安 排 得 離 連 接 器 太 而近， 因此 高 速數(shù) 字信 號(hào)有 可 能通過(guò) 電場(chǎng) 耦合 或 磁場(chǎng)收藕日期：011020195 ?4維普資訊 .cqvip.染 瑜 ， 電黛 摹容設(shè) 計(jì) 在 印制 電蓐板 中的應(yīng) 用 等：耦 合對(duì) 輸 入輸 出環(huán) 路 產(chǎn)生 差 模 干擾 通 過(guò) 電纜 向 并 外 輻 射 。如 果高速數(shù)字集成芯片放在兩個(gè)連接器之 間，圖1b所示高速 數(shù) 字 信 號(hào) 耦 合 到 電 纜 上 如 （） 則 去 的可 能性 更大 。（ ） 入 輸 出 （/ ） 動(dòng) 器 應(yīng) 該 緊 靠 連 接 器 ，/ 4輸 I0 驅(qū) I。 信 號(hào)

9、從 連 接 器 引 入 后 應(yīng) 馬 上 進(jìn) 入 I0 驅(qū) 動(dòng) 器 ， / 不要在印鑭板上傳輸過(guò)長(zhǎng)的距離，以免耦臺(tái)上千擾信 號(hào)。圖1 c 是圖la的改進(jìn)，中10驅(qū)動(dòng)器被移 （）（）圖/到連接器處， 速數(shù)字集成芯片移至遠(yuǎn)離連接器處。高（】a高速器件靠近連接器佩寧 / M中，遺【低c（高速器件在兩個(gè)連接器件之間）困f c高速器件靠近連接器c線(xiàn)較粗.電感 量也不 能忽 略，高頻電流通 過(guò) 時(shí)仍 有可 觀(guān)的 電壓降，以一般都采用分地的方法。些雙面 所有印制板和多層印制板用一個(gè)面作為地線(xiàn)層,軌線(xiàn)與電感相比面電感很小，這種情況下是否需要分地在要根據(jù)情況決定，則是不相容電路的電流回路不原要有公共部分。該指出的

10、是地并不是把各種地應(yīng)分完全隔離、有任何電氣連接，地詹各種地還應(yīng)該沒(méi)分在適當(dāng)位置連接起來(lái)，持整個(gè)地層的電連續(xù)性。保 （）源線(xiàn)的布置 2電電源線(xiàn)布置 應(yīng)與地線(xiàn)結(jié)合起來(lái)考慮，便構(gòu)成 以特性阻抗盡可能小的供電線(xiàn)路O單面板和 雙 面 板 的供 電 線(xiàn) 路是由印制板的軌線(xiàn)組成的.減小供電用 為軌線(xiàn)對(duì)的特性阻抗，源軌線(xiàn)和地軌線(xiàn)應(yīng)該盡可能電粗.且相互靠近，電環(huán)路面積應(yīng)該減小至IJ最低程并供度同電源的供電環(huán)路不要互相重疊O如圖2所不示，面板的電源供電線(xiàn)采用上下重疊的布置方法：，雙各個(gè)集成芯片的電源腳和地線(xiàn)腳連接到同一個(gè)電源軌線(xiàn)對(duì)中，集成芯片旁邊加了高頻去耦電容，而 且從使供電環(huán)路減小，且各集成芯片的高頻電流環(huán)路

11、并不會(huì)因相互 重疊而產(chǎn) 生磁場(chǎng)耦臺(tái)。但這種布置仍然存在問(wèn)題果使用不同電源供電軌線(xiàn)對(duì)的集成芯 如片之間有 信號(hào)傳:輸則數(shù)字信號(hào)的回流將繞較大的 圈子.趴而增大信號(hào)環(huán)路的面積。決的 方法是采用 解并字形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的供電布置，3加了 4條垂直放 圖置的小型電源母線(xiàn)條，成了井字形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。外 構(gòu)此圖中各 電源軌線(xiàn)對(duì)分別引到連接器端子上，不是 而在板上先匯合成一對(duì) 然后再連到蓮接器上，樣處 這理使共阻抗耦合進(jìn)一步減少圖l高速器件與1O驅(qū)動(dòng)器的安排/（）元器件安排時(shí)應(yīng)考慮盡可能縮短高速信 5在號(hào)線(xiàn)的長(zhǎng)度，如時(shí)鐘線(xiàn)、據(jù)線(xiàn)、址 線(xiàn)等 果高 例數(shù)地如速器件的信號(hào)線(xiàn)必須與連接器相連接，應(yīng) 考慮把 則高速器件放在連接

12、器處，量縮短走線(xiàn)后在稍遠(yuǎn) 盡 然處安排中速器件，遠(yuǎn)處安排低速器件。則如果高 最否速元件 遠(yuǎn)離連接器，高速信號(hào)將穿過(guò)整塊印制板 則才能到達(dá)連接 器.將可能對(duì)沿途的中、速電路產(chǎn) 這低生干擾。這條原則似乎 與第（）愿則相矛盾，實(shí) 3條但際上目的只有一個(gè)，避免高速電 路對(duì)低速電路的 即影響，是情況不同，取的方法不同而已。只采 圖2集成片與供電軌踐對(duì)連接方法22地線(xiàn)和電源線(xiàn)的布置 .（）置地 線(xiàn) 時(shí)首先考慮a地1布分分地即根據(jù)不同的電源電壓、字和模擬 、 速數(shù)高和低速、電流和小電流（們都是不相容的廿）分大它來(lái)別設(shè)置地線(xiàn)目的是為了防止共地線(xiàn)阻抗耦臺(tái)干其圈3井字形同狀供電結(jié)構(gòu)2 3信號(hào)線(xiàn)的布置）1不相容的信

13、號(hào)線(xiàn)應(yīng)相 互隔離這樣做的目的是避免相互之 間產(chǎn)生耦臺(tái)干擾。高額與低頻、電流與小電流、大數(shù)字與模 擬信號(hào)線(xiàn)是不相容的件布置 中 我 們 已 經(jīng) 考 慮 了 把 不 相 容 元 元善 5擾。 單面 印制板 和有 些兩 面板用 軌線(xiàn) 做地 線(xiàn) 即使 軌維普資訊 .cqvip.電子工程師件 放 在 印 制 板 上 不 同 的 位 置 ， 信 號(hào) 線(xiàn) 的 布 置 上 仍 在 應(yīng) 該注 意把 它們 隔離 ， 般 可采取 下 面的措 施 ： 一 不 相 容 信 號(hào) 線(xiàn) 應(yīng) 相 互 遠(yuǎn) 離 ，要 平 行 ， 布 在 不 不 分 同 層 上 的 信 號(hào) 線(xiàn) 走 向 應(yīng) 互 相 垂 直 ， 樣 可 以 減 少 線(xiàn)

14、 這 間 的 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 耦 合 干 擾 ； 速 信 號(hào) 線(xiàn) 特 別 是 時(shí) 鐘 高 線(xiàn) 要 盡 可 能 的 短 ， 要 時(shí) 可在 高 速信號(hào)線(xiàn) 兩 邊 加 隔必離地線(xiàn) ， 離地 線(xiàn) 兩 端 應(yīng) 與 地 層 相 連 接； 號(hào) 線(xiàn)的布隔 信 置 最好根據(jù)信號(hào) 的 流 向 安 排 ， 個(gè) 電 路 的 輸 出 信號(hào) 一線(xiàn)不要 再 折 回輸人信號(hào)線(xiàn)區(qū) 域 ，為 輸 人 線(xiàn) 與 輸 出 因 線(xiàn)通常是不 相容的。 （ ）量減小信號(hào)環(huán)路的面積 2盡減小信號(hào)環(huán)路的面積，為了減小環(huán)路的差模是電 流 輻射 。 路 輻 射 與 電流 強(qiáng) 度和環(huán)路面積 成 正 比 ， 環(huán)在電流強(qiáng)度確定的 情 況 下 ， 了減

15、 小環(huán) 路輻 射 ， 有為 只 設(shè) 法 減小環(huán)路面積。 號(hào) 環(huán)路 不 應(yīng) 重 疊 ， 對(duì) 于 高 速信這度、 電 流 的 信 號(hào)環(huán)路尤為重要 ， 際上 減 小 面 積 比 大 實(shí).8No1 2 0 2 . 0 2C = A ?nX+, C7 ) A 2 半C() ?rs 下 t/ sn/it)i rT n o n=Trc（） 1式中，是 數(shù) 字 脈 沖 寬 度 ， 是數(shù)字脈沖的 上 升 時(shí)t間，T是數(shù)字信號(hào)的重復(fù)周期。根據(jù)這個(gè)結(jié)果， 以 可 把 方波數(shù)字信號(hào)的印制板設(shè)計(jì)帶寬定為1,通 常 要考慮 這個(gè)帶 寬的 十倍頻縮短信號(hào)線(xiàn) 長(zhǎng)度更 有效 。在 單層 和雙層 板 上信號(hào) 線(xiàn)及其丿、回流 線(xiàn)應(yīng)

16、緊貼在一起布置，好 是 每條信 號(hào)線(xiàn) 最 都 有 自己的回流線(xiàn)則容易產(chǎn)生信號(hào)環(huán)路的重 疊 。 否前面已經(jīng)講過(guò)，單面板和雙面板中布置地線(xiàn)時(shí)采在 用 井字 形網(wǎng)狀 結(jié) 構(gòu) ， 多層 板號(hào)線(xiàn) 不 要跨 越地在層上的隔縫目的都是為了減小信號(hào)環(huán)路面積 。 其（)慮阻抗匹配問(wèn)題3考當(dāng)高速數(shù)字信號(hào)的傳 輸 延 遲 時(shí) 間 t t4時(shí)，d>/f為信號(hào)的脈沖上升時(shí)間 ， 考 慮 阻 抗 匹 配問(wèn) 題 于應(yīng)對(duì)f一1s的數(shù)字信號(hào), 線(xiàn)長(zhǎng)就滿(mǎn)足上述條件n軌e了。在單面板和雙面板上的 軌 線(xiàn) 對(duì)的特性阻抗實(shí)際上很 難控 制 ， 因?yàn)閮蓷l 軌 線(xiàn)要 始終保 持 平行 ， 寬度不 變 ， 能 保 證 特 性 阻 抗

17、不 變 。果 雙 面 板 有 一 面 作 地 才 如 層， 或采用 多層 板 ，軌線(xiàn) 與 地 層的特 性 阻抗 對(duì)同一 則 層 上寬 度 和厚度 相 同的任 何 走 向 軌線(xiàn) 都 是 相 同的。 般為4 1O這樣就便于與集成芯片的輸人或 02n.輸出阻抗相匹配。 （）人輸出軌線(xiàn)在連接器端口處應(yīng)加高頻 去 4輸耦電容 通常IO信號(hào)的頻率要低于時(shí)鐘頻率，以高 /所 頻去耦電容的選擇應(yīng)能保證io信號(hào)正常傳輸，/而 濾除高頻 時(shí) 鐘 頻 率 及 其 諧 波 。 該 高 頻 去 耦 電 容 是 為 了抑 制 差 模 干 擾 ， 括沿Io線(xiàn)進(jìn)人印 制 板和 從 印 包/制板出去的干擾，以該電容應(yīng)接在:I

18、O線(xiàn)的信號(hào)所/線(xiàn)與 地線(xiàn)之間。3多層印崩電路板的電磁兼容設(shè) 計(jì)在進(jìn)行多層印制板設(shè)計(jì)時(shí)，先要考慮的是帶首寬。數(shù)字電路電磁兼容設(shè)計(jì) 中要考 慮 的 是 數(shù)字脈沖的上升沿和下降沿所決定的帶寬而不是數(shù)字電路脈多層 電 路板 的 電磁兼容分析可以基于克?；舴蚨珊头ɡ陔姶鸥?應(yīng)定 律 。 根據(jù)克希 霍夫 定律 ， 任 何 時(shí)域信 號(hào) 由源到負(fù) 載 的傳輸 都必 須有 一個(gè) 最低 阻 抗 的 路 徑 。 個(gè) 原 則 完 全 適 合 高 頻 輻 射 電流 的 情 況 ， 這 如果高頻 輻射電流 不是經(jīng) 由設(shè) 計(jì)中的 回路 到達(dá) 目的的負(fù)載，就一 定是通過(guò) 某 個(gè)客 觀(guān)存在的 回路到達(dá) 的 ，這一非 正 常

19、 回路 中的一些器件就會(huì) 遭受 電磁騷 擾 。在數(shù) 字 電 路 設(shè) 計(jì) 中 ， 們 最 容 易 忽 略的是 存在 于器人 件、 導(dǎo)線(xiàn)印制板和插 頭上 的寄 生電感、 電容 和導(dǎo) 納。多層板設(shè) 計(jì)要 決定選用 的多層板的層數(shù) 。多層板 的層 間安排 隨著 電路而變 ，有以下幾條共 同原則 ： 但電 源 平 面 應(yīng) 緊 靠 接 地 平 面 ， 且 安排 在接地并 平面之 下。這 樣 可以利用 兩 金 屬 平 板 間 的電 容 做 電 源的平 滑電 容，時(shí) 接地 平 面還 對(duì)電 源 平 面 上 分 布同 的輻射 電流起到屏蔽作用 。 布 線(xiàn) 層 應(yīng) 安 排 與 整 塊 金 屬 平 面 相 鄰 。 這

20、 樣 的 安 排 是 為 了 產(chǎn) 生 通 量對(duì)消 作用 。 把 數(shù) 字 電路和模 擬 電路分開(kāi) ， 條 件時(shí) 將 數(shù)有 字 電 路和 模 擬電 路 安 排 在 不 同 層， 果 一 定要 安 如 排 在 同一層 ， 采 用開(kāi) 溝 、 接 地線(xiàn) 條 、 可 加 分割 等 方 法 補(bǔ) 救 。 擬 的 和 數(shù) 字 的 地 、 源 都要 分 開(kāi)， 能 混 用 。 模 電 不數(shù)字 信號(hào)有很 寬的頻譜 ， 產(chǎn)生騷擾的 主要來(lái)源 。 是在 中 間 層 的 印 制 線(xiàn)條 形 成 平面 波 導(dǎo) ，表 面 在層形 成微帶 線(xiàn) ， 者傳輸 特性 不 同。 兩 時(shí) 鐘 電 路 和 高 頻 電 路 是 主 要 的 騷

21、擾 和 輻 射 源 ， 定 要 單 獨(dú) 安 排 離 敏 感 電 路 。 一 遠(yuǎn) 不 同 層 所 含 的 雜 散 電 流 和 高 頻 輻 射 電 流 不 同 ， 線(xiàn)時(shí) ， 能 同等對(duì) 待 。 布 不 多層 印制板設(shè) 計(jì) 中有兩個(gè) 基本 原則用 來(lái)確 定 印 制線(xiàn) 條間距 和邊距 ：? 2一原則 具體表述如下：有的具有一定 0H所電壓的印制板都 會(huì) 向 空 間 輻 射 電 磁 能 量 ， 減 小 這 為 個(gè)效應(yīng)， 印制 板 的物 理 尺寸 都 應(yīng) 該比最靠近的接地 板的物理尺寸小2 H,中H是兩層印制板的間 0 其 距 。 在 一 定 頻 率 下 ， 個(gè) 金 屬 板 的 邊 緣 場(chǎng) 會(huì) 產(chǎn) 生 輻

22、 兩 射 。減 小 一 塊 金 屬 板 的 邊 界 尺 寸 使 其 比另 一 個(gè) 接 地 板 小 ， 射 將 減 小 。 當(dāng)尺寸小至1 H時(shí)，射強(qiáng)度開(kāi) 輻O輻始下降，尺寸小至2H時(shí)， 射強(qiáng)度下降7 。當(dāng)0輻0根沖的 重復(fù)頻 率 矩形周 期數(shù) 字脈 沖的傅 立 葉展 開(kāi)有 下 面 的 形 式據(jù)2原則，照一般典型印制板尺寸.0 般 0H按2H為3 m。 a r ? 2W原則當(dāng)兩條印制線(xiàn)間距比較小時(shí)，線(xiàn)一兩之 間會(huì) 發(fā)生 電磁 申擾 ， 申擾會(huì)使有 關(guān) 電路功艟失 常 。5 6 ?維普資訊 .cqvip.桀 暗 ，： 等 電疊 兼容設(shè) 計(jì) 在 印制 電蓐板 中 的應(yīng) 用為 避 免 發(fā) 生這種騷 擾

23、， 保 持 任 何 線(xiàn) 條 間 距 不小 于 應(yīng)兩 倍 的印制線(xiàn)條寬度。印制 線(xiàn)條 的寬度 取決 于線(xiàn) 條阻抗 的要求 ， 寬會(huì)減 小布 線(xiàn) 的 密度，加成本 ； 太 增 太 窄會(huì) 影響傳 輸?shù)浇K端 的信 號(hào) 的波形和強(qiáng)度。 31地線(xiàn)的布置 首先，建立分布參數(shù)的概念，于一定頻 率 要 高 時(shí)， 任何金 屬導(dǎo)線(xiàn) 都 要看成 是 由電阻 、 電感 構(gòu)成 的器 件。 所 以接 地引 線(xiàn) 具有 一定阻抗 并且構(gòu) 成電氣 回路 ， 不 管 是 單 點(diǎn) 接 地 還 是 多 點(diǎn) 接 地 ， 必 須 構(gòu) 成 低 阻 抗 都 回路 進(jìn) 人 真 正 的 地 或 機(jī) 架 。2 rm 長(zhǎng) 的典型印制線(xiàn) 5 a大約會(huì)表

24、現(xiàn)1 2 n的電感，上分布電容 的存 5 0H加在，會(huì)在接地板和設(shè)備機(jī)架之間構(gòu)成諧振電路。就其 歡， 接地 電流流 經(jīng) 接地線(xiàn) 時(shí) ， 產(chǎn) 生傳 輸 線(xiàn)效 應(yīng)和 天 會(huì) 線(xiàn)效 應(yīng) 。當(dāng)線(xiàn) 條 長(zhǎng) 度為14波長(zhǎng)時(shí)，以表現(xiàn)出很高 /可的阻抗，地線(xiàn)實(shí)際上是開(kāi) 路 的，地 線(xiàn) 反而成為向 接接 外 輻 射 的 天 線(xiàn)。后， 地板 上 充滿(mǎn) 高頻 電流和 騷 擾最接形 成 的渦流 ， 此 ， 接 地點(diǎn)之間構(gòu)成許 多 回路 ，因 在這些 回路的直徑 （ 接地 點(diǎn) 間距 ） 小 于最高頻 率波 長(zhǎng)或 應(yīng)的 12選擇恰當(dāng)?shù)钠骷?是 設(shè)計(jì) 成 功 的重 要 因素，/0特 別是 在選擇邏輯器件時(shí)，量選擇上升時(shí)間比

25、盡 5 s長(zhǎng)的，不要選比電 路 要 求 時(shí) 序 快 的 邏 輯 器 件 。 n 決遲， 當(dāng)延 遲達(dá)到 一定 數(shù)值 時(shí) ， 要進(jìn)行 阻抗 匹配 以免 就 發(fā) 生終端 發(fā)射 ， 時(shí)鐘 信 號(hào)抖動(dòng) 或發(fā)生 過(guò) 沖。 使 阻抗 匹 配 方 法 有 串聯(lián) 電 阻 ， 并聯(lián) 電阻 、 雉南罔絡(luò)、C網(wǎng) 熏R絡(luò)、二極管陣列等。（）制線(xiàn)條上接人較多容 性 負(fù) 載 的 影 響 3印 接 在 印 制 板 線(xiàn) 條 上 的 容 性 負(fù) 載 對(duì) 線(xiàn) 條 的 渡 阻 抗 有 較 大 的 影 響 。 別 是 對(duì) 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) 的 電 路 ， 性 負(fù) 載 特 容 的影 響往往是 要考 慮 的關(guān)鍵 因素 。 描 述傳 輸線(xiàn)可

26、以采用 三 種方式 ：1 ）用傳輸渡阻抗（）Z0和傳輸時(shí)延（兩個(gè)參數(shù) ）描述傳輸線(xiàn)。（） 2t 一 1XvL/C（）32 用傳 輸 渡阻抗 和 （） 與波 長(zhǎng)有關(guān) 的） 歸一 化長(zhǎng)度描 述傳輸線(xiàn)。3用單位 長(zhǎng) 度 的電感 、）電容 和 印毹 線(xiàn) 的物 理 長(zhǎng)度來(lái)描 述傳輸線(xiàn)。在印制板設(shè) 計(jì) 中經(jīng) 常采用第 一種 方式 描述 由印 制線(xiàn)條構(gòu) 成 的傳輸 線(xiàn) 。 時(shí) ， 輸 時(shí)延的大 小決 定 了 此 傳印制線(xiàn)條 是 否需要 采取阻抗控制的措旌 。當(dāng)線(xiàn)條上有 很多 電容性 負(fù)載 時(shí) ， 線(xiàn)條 的傳 輸時(shí)延 將會(huì) 增大 ，與 原 來(lái)的傳輸時(shí) 延 有 如 下 的 關(guān) 系3 2 電源線(xiàn) 的 布置 . 對(duì)

27、 于多層 板 ， 采用 電 源層一 地層 結(jié) 構(gòu) 供 電， 種 這 結(jié) 構(gòu) 的特 性 阻 抗 比軌 線(xiàn) 對(duì) 小 得 多 ， 以 做到 小 于 1 可歐姆 。 這種結(jié) 構(gòu) 具有 一定 的電容 ， 必在 每個(gè)集 成芯 不 片旁 加高 頻 去 耦 電容 ，即使 層 電容 容量 不 皓需 要 外 一 加 去耦 電容 時(shí) 也不 一 定 要 加 在集 成芯 片 旁 邊 ， 以 可加在印制 板 的 任 何 地 方 。集成芯片的電 源 腳 和地腳可以通過(guò)金 屬 化通孔 直 接 與 電源 層 和地層連接所以供 電環(huán)路總是最小的。 于 “流總是走阻抗最小由電途徑則 ， 層 上的高頻回流總是緊貼在軌 線(xiàn) 下 面 原

28、 地 走，非有地層隔用縫阻擋，此信號(hào)環(huán)路也總是最小除因；W /Z()4式中，t不考慮容性負(fù)載時(shí)的線(xiàn)條傳輸時(shí)延為為不考慮容性負(fù)載時(shí)的線(xiàn)條分布 電 容 ， 為 無(wú) 匹 配L的最大印制線(xiàn)條 長(zhǎng)度。4 結(jié) 束語(yǔ)從 以 上論 述 可 以得 出 ：器件要分組放置， 防 元以止產(chǎn)生組問(wèn)干擾；速電 路 位 置 要 安 排 恰當(dāng)，免通高以的 。可見(jiàn) 電 源層 一 層結(jié) 構(gòu) 與軌線(xiàn) 對(duì) 供 電相 比較 ， 地 具 有布 置 簡(jiǎn)單靈 活，電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。3 3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路在數(shù)字電路 中 占有 重要地 位 同時(shí) 時(shí) 鐘 電 路 也 是 產(chǎn) 生 電 磁 輻 射 的 主 要 來(lái) 源。一個(gè)具有 2 s上升沿的

29、時(shí)鐘信號(hào)輻射能量的頻譜可達(dá) n 10 Hz 6M。因此，計(jì)好時(shí)鐘電路是保證達(dá)到整機(jī)輻 設(shè)射指標(biāo)的關(guān)鍵 。時(shí)鐘 電路設(shè) 計(jì) 主要應(yīng) 注意 以下幾 個(gè)方 面 的問(wèn)題 。過(guò)電場(chǎng)耦臺(tái)或磁場(chǎng)耦合干擾其他電路據(jù)情況分 根別設(shè)置地線(xiàn)， 以防止 共地線(xiàn) 阻抗耦 合 干擾 電環(huán) 路 供 面 積應(yīng)該 堿 小 到最 低 程 度 ， 且不 同電源的供電環(huán)路 不要重疊，以避免產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合不相容的信號(hào)線(xiàn)要 相互 隔 離 ， 以免產(chǎn)生 耦合 干擾 ； 應(yīng)減 小信 號(hào)環(huán)路 面 還積， 以降低環(huán) 路輻 射和共模 輻 射 ；當(dāng)傳輸延 遲達(dá) 到一 定 數(shù)值 時(shí) ， 進(jìn)行 阻 抗 匹配 以免發(fā) 生終端反 射 ， 高 要 使速信 號(hào)抖

30、 動(dòng)或 發(fā) 生過(guò) 沖?？嘉墨I(xiàn)（ ） 抗 控 制 1阻 計(jì)算各 種 由印 制板 線(xiàn)條 構(gòu)成 的微 帶線(xiàn) 和擻 帶 渡導(dǎo) 的渡阻抗 、 移常 數(shù)、 相 衰減 常數(shù)等 等。典 型結(jié) 構(gòu) 的 波 阻 抗 和 衰 減 常 數(shù) 可 從 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 中查 到 。 而特 殊 結(jié) 構(gòu) 的微 帶線(xiàn) 和微帶 波導(dǎo) 的參 數(shù) 需要用 計(jì)算 電磁學(xué) 的 方 法 求 解 （ ） 輸 延 遲 和 阻 抗 匹 配 2傳 由印制 線(xiàn) 條 的相 移 常數(shù)計(jì) 算時(shí) 鐘脈 沖受 到 的延1抄斐電一體化系統(tǒng)的電璉兼容技木. 豪 ：胃電力機(jī)北中出版杜.99192白同云 等磁兼 容 設(shè) 計(jì). 京：京辟電大學(xué)出版杜電北北21003偉華.

31、 電磁兼窖實(shí) 用 手 冊(cè).京；械工業(yè)出版 社 .98北機(jī)196 ?71 本文由 jimmy3973 貢獻(xiàn)pdf 文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。維普資訊 .cqvip.電 子工 程 師.8N0120202電磁兼容設(shè)計(jì)在印制電路板中的應(yīng)用Apiain0plct0fEM Cs gn PCBDei n i北方交通大學(xué)電磁兼容實(shí)驗(yàn) 室 （ 京 100 ) 北 0 0 0柴瑜沙斐摘要】 講 述 了印制 電路板 的 電磁 兼容設(shè) 計(jì) 。從 元 器件 的布置到 地 線(xiàn) 、 電 源線(xiàn) 以爰 信號(hào)線(xiàn) 的設(shè)計(jì) ，最后又介 紹了多層板設(shè)計(jì) 時(shí) 的一些問(wèn)題 。關(guān)鍵詞 :電

32、磁兼 窖 ， 電磁 騷擾 ，共模輻射， 差模干擾【Ab tat:Thsppr i t0uehlc rma n tccmptbl ye in0hsrc i aen r dc s teeet0 g e i0ai itd sgfteipi t d cr utbadr n eic i0 r s，icuigtea r n enfe eenshe in0r udtaenld nhra g met0l me t，t ed s gfg0nr c 、 man taeninl ta e At l s . id s usssme p 0 lms0iircadsg ar c.atticse0rbef mu y rrn

33、 ehi aepit d l ：rutbad.ici0rsKe wor :lcr m anei0 pa iiiy，e et0antc yds e et0g tccm tblt lcr m g e iditracs u b ne， cmm0n0e0 m drdi t0n.dif rnta0n efrncaai fe e i lm de i treee10言l電磁兼容性是電子設(shè)備或系統(tǒng)的主要性臺(tái)匕二 能之2單、 雙層印制 電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)共同的原則應(yīng)該遵循。 在 印 制 板布線(xiàn)時(shí)通常先確定元器件在板上的位置，后布置地然線(xiàn)、源線(xiàn)，安排高速信號(hào)線(xiàn)，后考慮低速信號(hào)電再最線(xiàn)在分別加以討論。現(xiàn)電磁兼容設(shè)

34、計(jì)是宴現(xiàn)設(shè)備或 系統(tǒng) 規(guī)定的功 能 、使系統(tǒng)教能得以充分發(fā) 揮 的 重 要保證。必須在設(shè)備或系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的同時(shí)行 電 磁 兼 容 設(shè) 計(jì) 。磁兼容進(jìn)電設(shè)計(jì)的要求是使電子設(shè)備或系統(tǒng)滿(mǎn)足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 的 規(guī)定、有兩方面的能力:1能在預(yù)期的電磁環(huán)具 （）境 中正常工作， 性 能降低或故障； 2 不會(huì)對(duì)其他無(wú)（）系統(tǒng)或設(shè)印制 板 上 的 電路 雖然 各 式各 樣 ， 就 布線(xiàn) 和設(shè)但計(jì)而言總是有些備 的正 常工 作 產(chǎn) 生影 響 為其 電磁 環(huán)境 成中 的 電磁 污 染 源 。電磁兼 容設(shè) 計(jì)可 分 為 系統(tǒng)和系統(tǒng) 間兩部 分 ，主要是對(duì)系統(tǒng)之間及系統(tǒng) 部 的電磁兼容性進(jìn)行分析、測(cè) 、 制 和評(píng)估現(xiàn)電

35、磁兼容和最佳效費(fèi) 比 預(yù) 控 實(shí)系統(tǒng)間電磁騷 擾控 制技 術(shù)包括： 有用信號(hào) 的控 制、對(duì)對(duì)人為騷擾的控制、自然 騷 擾 源 的 控 制。統(tǒng)電對(duì)系磁兼容設(shè) 計(jì) 包 括 ： 制電路板的設(shè)計(jì)、源器件的選印卩有用、及電路 板 的 布 線(xiàn) 、地、蔽及 濾 波 。 文主要以接屏本討論印制電路板的電磁 兼 容 設(shè) 計(jì) 。 印 制電路板是構(gòu)成數(shù)字電子設(shè)備的 基 礎(chǔ) ， 證 印 制 電路板的 電 磁 兼保容性是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 ， 確 地 完 成 印制電路正 板 的 布 線(xiàn) 和設(shè)計(jì)應(yīng)該使得1板上的各部分電路相（）互間無(wú) 干 擾 ， 能正常工作；2印制板對(duì)外的傳 導(dǎo) 都 （） 發(fā)射 和輻射發(fā)射 盡 可能 降低

36、到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；達(dá)） 部 傳 導(dǎo) 干 擾和輻射干擾對(duì)印制板上的電路基3外本無(wú)影響。 主要 講 述 兩 大問(wèn)題 ： 是 單 、 層 電路板;反一雙的電磁兼 容設(shè) 計(jì) 是 多層電路 板 的 電磁 兼 容設(shè) 計(jì) 。21元器件布置.（）器件布置的首要問(wèn)題是對(duì)元器件的分組。1元 元 器 件 可 以按 照 所 用 的 電 源 電 壓 不 同 來(lái) 分 組 ， 按 可 照數(shù) 字 電路和模 擬 電路分 組 ， 也可 按照 高速 低速 、 大 電 流 小 電 流 等 來(lái) 分 組 。 這里建議首 先以不 同 的 直流電源電壓 來(lái)分 組 。如 果 使用同 種 電壓的元器件中仍有 數(shù) 字 和模擬元件 之 分，可 以再

37、進(jìn) 行分組 。 電源則 按 電壓 、 字 及模 擬 電路分 組后可 進(jìn)一 步按 速度快慢 、 數(shù) 電 流 大 小 進(jìn) 行分組。分 組 的 目的 是 為 了按組對(duì)印 制板 的 空間進(jìn) 行分割 ，同組的元器件放 在一 起 ， 便將以在空 間上保證 各組元件 不至產(chǎn)生組 間的相互干擾 。 （ ） 有 連 接 器 最 好 都 放 在 印 制 電路 板 的 一 翻 ，2所 盡 量 避 免 從 兩 側(cè) 引 出 電 纜 。這 樣 的 做 法 是 為 了 減 少 產(chǎn)生共 模輻射 干 擾 的可 能性 因?yàn)樵诎?上有高 速數(shù) 字信 號(hào)時(shí) ， 如果 印制板 產(chǎn)生共 摸輻 射 ， 則電纜 是很好 的 共 模 輻 射

38、天 線(xiàn) ， 子 天 線(xiàn) 會(huì) 比 單 板 天 線(xiàn) 產(chǎn) 生 更 大 振 的共模 輻射 干擾 。（ ） 高 速 數(shù) 字 集 成 芯 片 與 連 接 器 之 間 投 有 直3當(dāng)接的信號(hào)交換時(shí)，高速數(shù)字集成芯片應(yīng)安捧在遠(yuǎn)離 連接器處。圖1a中，/驅(qū)動(dòng)器被安捧得離連接 （）I。器過(guò)遠(yuǎn)，高速數(shù) 據(jù) 集 成 芯 片 被 安 排 得 離 連 接 器 太 而近， 因此 高 速數(shù) 字信 號(hào)有 可 能通過(guò) 電場(chǎng) 耦合 或 磁場(chǎng)收藕日期：011020195 ?4維普資訊 .cqvip.染 瑜 ， 電黛 摹容設(shè) 計(jì) 在 印制 電蓐板 中的應(yīng) 用 等：耦 合對(duì) 輸 入輸 出環(huán) 路 產(chǎn)生 差 模 干擾 通 過(guò) 電纜 向 并

39、外 輻 射 。如 果高速數(shù)字集成芯片放在兩個(gè)連接器之 間，圖1b所示高速 數(shù) 字 信 號(hào) 耦 合 到 電 纜 上 如 （） 則 去 的可 能性 更大 。（ ） 入 輸 出 （/ ） 動(dòng) 器 應(yīng) 該 緊 靠 連 接 器 ，/ 4輸 I0 驅(qū) I。 信 號(hào) 從 連 接 器 引 入 后 應(yīng) 馬 上 進(jìn) 入 I0 驅(qū) 動(dòng) 器 ， / 不要在印鑭板上傳輸過(guò)長(zhǎng)的距離，以免耦臺(tái)上千擾信 號(hào)。圖1 c 是 圖 1a 的 改 進(jìn) ， 中 I0 驅(qū) 動(dòng) 器 被 移 （）（） 圖 / 到 連 接 器 處 ，速數(shù)字集成芯片移至遠(yuǎn)離連接器處。高 （】a高速器件靠近連接器佩寧 / M中，遺【低c（高速器件在兩個(gè)連接器件之

40、間）困f c高速器件靠近連接器c線(xiàn)較粗.電感 量也不 能忽 略，高頻電流通 過(guò) 時(shí)仍 有可 觀(guān)的 電壓降，以一般都采用分地的方法。些雙面 所有印制板和多層印制板用一個(gè)面作為地線(xiàn)層,軌線(xiàn)與電感相比面電感很小，這種情況下是否需要分地在要根據(jù)情況決定，則是不相容電路的電流回路不原要有公共部分。該指出的是地并不是把各種地應(yīng)分完全隔離、有任何電氣連接，地詹各種地還應(yīng)該沒(méi)分在適當(dāng)位置連接起來(lái)，持整個(gè)地層的電連續(xù)性。保 （）源線(xiàn)的布置 2電電源線(xiàn)布置 應(yīng)與地線(xiàn)結(jié)合起來(lái)考慮，便構(gòu)成 以特性阻抗盡可能小的供電線(xiàn)路。單面板和雙面板的供電線(xiàn)路是由印制板的軌線(xiàn)組成的.減小供電 用為 軌 線(xiàn) 對(duì)的特性阻抗，源軌線(xiàn)和地軌

41、線(xiàn)應(yīng)該盡可能電粗.且相互靠近，電環(huán)路面積應(yīng)該減小到最低程并供度，同電源的供電環(huán)路不要互相重疊.。如圖2所不示面板的電源供電線(xiàn)采用上下重疊的布置方法：，雙各個(gè)集成-PR芯片的電源腳和地線(xiàn)腳連接到同一個(gè)電源軌線(xiàn)對(duì) 中 ，集 成 芯 片旁邊加了高頻去耦電容，而 且從使供電環(huán)路減小，且各集成芯片的高頻電流環(huán)路并不會(huì)因相互 重疊而產(chǎn) 生磁場(chǎng)耦臺(tái)。但這種布置仍然存在問(wèn)題，果使用不 同電源供電軌線(xiàn)對(duì)的集成芯 如片之間有信號(hào)傳輸，則數(shù)字信號(hào)的回流將繞較大的圈子.趴而增大信號(hào)環(huán)路的面積。 決的方法是采用 解并字形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的供電布置，3加了 4條垂直放 圖置的小型電源母線(xiàn)條，成了井字形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。外 構(gòu)此圖中各 電

42、源軌線(xiàn)對(duì)分別引到連接器端子上，不是 而在板上先匯合成一對(duì) 然后再連到蓮接器上，樣處 這理使共阻抗耦合進(jìn)一步減少圖1高速器件與1O驅(qū)動(dòng)器的安排/（）元器件安排時(shí)應(yīng)考慮盡可能縮短高速信 5在號(hào)線(xiàn)的長(zhǎng)度，如時(shí)鐘線(xiàn)、據(jù)線(xiàn)、址 線(xiàn)等 果高 例數(shù)地如速器件的信號(hào)線(xiàn)必須與連接器相連接，應(yīng)考慮把則高速器件放在連接器處，量縮短走線(xiàn).后在稍遠(yuǎn)盡然處安排中速器件，遠(yuǎn)處安排低速器件。則如果高最否速元件遠(yuǎn)離連接器，高速信號(hào)將穿過(guò)整塊印制板則才能到達(dá)連接器 . 將可能對(duì)沿途的中、速電路產(chǎn)這低生干擾。這條原則似乎與第（）愿則相矛盾，實(shí)3條但際上目的只有一個(gè)，避免高速電路對(duì)低速電路的即影響，是情況不同，取的方法不同而已。只采圖 2 集成片與供電軌踐對(duì)連接方法22地線(xiàn)和 電源 線(xiàn) 的布置.()置地線(xiàn)時(shí)首先考慮“地”1布分分地即根據(jù)不同的電源電壓 、字 和 模 擬 、 速 數(shù) 高 和 低 速 、電 流 和 小 電 流（ 們 都 是 不 相 容 的 ）分 大 它 來(lái) 別 設(shè) 置 地 線(xiàn) 目 的 是 為 了 防 止 共 地 線(xiàn) 阻 抗 耦 臺(tái) 干 其丿、圈3井字形同狀供電結(jié)構(gòu)2 3信號(hào)線(xiàn)的布置 .（）1不相容的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)相互隔離 這樣做的 目的是避 免 相 互之 間 產(chǎn)生 耦 臺(tái) 干擾 。高額 與低頻 、電流 與小 電流、 大 數(shù)字 與模 擬信號(hào) 線(xiàn)是 不 相 容 的 ，件 布 置 中 我 們 已 經(jīng) 考